專利名稱：用于在齒輪單元中安裝軸承或軸承部件的支承環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在齒輪單元中安裝軸承和軸承部件的支承環(huán)。
更具體地但不專門地，本發(fā)明涉及這樣一種用于在風(fēng)輪機中應(yīng)用
的支承環(huán)，通常用于安裝將風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子轂連接到發(fā)電機的雙級行星 齒輪單元的第二行星架的軸承。
背景技術(shù)：
取決于軸承的類型(圓柱形軸承、錐形滾柱軸承、球面軸承等)以及 取決于所需要的定位類型，在機架中或軸上定位軸承的不同方式是公 知的。
通常，通過防止外軸承環(huán)和/或內(nèi)軸承環(huán)的移動來定位軸承。典型 的示例是內(nèi)軸承環(huán)通過收縮過程在軸上的固定、外環(huán)與機架的栓接、 螺母和開尾銷的使用以防止環(huán)中的一個的移動等。
所有這些安裝類型的共同之處在于一方面在外環(huán)與靜機架之間和 /或另一方面在內(nèi)環(huán)與旋轉(zhuǎn)部件，例如軸之間獲得用于力傳遞的牢固連 接或良好接觸。
這樣，作用在旋轉(zhuǎn)部件上的載荷，如由于重量的載荷，而且是動 載荷能容易地傳遞到機架。
然而，在具有增大尺寸的應(yīng)用的情形中，軸承應(yīng)承受的負載迅速 增加，這導(dǎo)致軸承環(huán)、支承結(jié)構(gòu)等的不能接受的磨損、塑性變形或過早損壞。
例如，在風(fēng)輪機的典型設(shè)計中，轉(zhuǎn)子轂通過一對軸承或者有時通 過一個主軸承來支承。此轉(zhuǎn)子轂連接到通常具有一個或多個行星級的 齒輪箱，在該齒輪箱中，轉(zhuǎn)子葉片的緩慢旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成齒輪箱的輸出處 的快速旋轉(zhuǎn)，該輸出連接到動力發(fā)電機。
因此第一行星齒輪級的行星架通常連接到轉(zhuǎn)子轂，行星架通過其 自身的軸承或軸承對來支承。
為了將風(fēng)輪機的總重量減到最小，近來更多的風(fēng)輪機設(shè)計試圖集 成傳動系統(tǒng)的不同組件。
集成部件的一種方式是使用支承行星架以及轉(zhuǎn)子轂的一個主軸承
或一對軸承，由此在最新設(shè)計中，70m長的轉(zhuǎn)子葉片能安裝在此轉(zhuǎn)子 轂上。
明顯的是此一個主軸承或軸承對以及支承軸承的整個結(jié)構(gòu)置于非 常高的載荷之下。
因此不可避免的是在轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)期間會產(chǎn)生某些變形和偏差。
此外，在新的設(shè)計中，經(jīng)常使用至少兩個行星齒輪級。通常第一 行星齒輪級的行星架通過到轉(zhuǎn)子轂的連接來支承，而沒有任何附加的 軸承。
第一行星齒輪級的輸出軸通過第一行星齒輪級的太陽輪與行星輪 的相互作用來居中保持，也沒有任何附加的導(dǎo)向軸承。
5另外，第一行星齒輪級的此輸出軸連接到第二行星齒輪級的行星 架，從而此輸出軸在兩側(cè)處被支承，而沒有任何附加的導(dǎo)向軸承支承。
然而，第二行星級的行星架通過軸承相對于機架結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地安 裝，此軸承因此也間接地支承第一行星齒輪級的輸出軸。
最后，第二行星齒輪級的輸出軸連接到發(fā)電機，由此此輸出軸通 常通過軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝在發(fā)電機機架中。
明顯的是轉(zhuǎn)子轂上的力以及變形和偏差將通過兩個行星齒輪級傳 遞，導(dǎo)致上述支承第二行星齒輪級的行星架的軸承上的過度載荷。
在機架中安裝此軸承的典型方式不適于處理這些過度載荷。
這是為何存在對作為本發(fā)明主題的專用支承環(huán)的需求的原因。
需要注意的是軸承上載荷的軸向分量經(jīng)常是如軸承或支承結(jié)構(gòu)的 故障和塑性變形的問題的起因。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是一種用于在齒輪單元中安裝軸承或軸承部 件的支承環(huán)，該支承環(huán)適于特別是在軸向方向上具有很高載荷的應(yīng)用， 在這些應(yīng)用中，目前公知的定位軸承的支承或方法失去效果或不足以 勝任。
因此，本發(fā)明的另一目的是獲得一種支承環(huán)，該支承環(huán)能成本有 效地并在無須許多技術(shù)上的復(fù)雜操作的情況下生產(chǎn)。
為此目的，本發(fā)明涉及一種用于在齒輪單元中安裝軸承或軸承部 件的支承環(huán)，該支承環(huán)在徑向方向上是相對剛性的，而在軸向方向上相對柔性。
根據(jù)本發(fā)明的此支承環(huán)的第一個重要優(yōu)點在于它在軸向方向上相 對柔性的性能。
這意味著支承環(huán)能夠在非常高的軸向載荷下承受軸向方向上的變 形。這樣，避免了軸承支承的故障，而通常非常剛硬的典型支承將失 效或者將導(dǎo)致對它支承的軸承的損壞。
根據(jù)本發(fā)明的此支承環(huán)的另一重要優(yōu)點在于它在徑向方向上相對 剛性的性能。
這樣，因為軸承通過支承環(huán)固定在機架中，該環(huán)依靠其徑向剛度 將不允許徑向方向上的明顯位移，所以確保保持軸承繞中心旋轉(zhuǎn)軸線 集于中心。
由此，因為旋轉(zhuǎn)部件，例如轉(zhuǎn)子轂及其齒輪在它們轉(zhuǎn)動中通過該 軸承保持，所以這些部件也將保持集于中心。
按照根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)的優(yōu)選實施例，該支承環(huán)包括分別位于 支承環(huán)的徑向內(nèi)側(cè)處和徑向外側(cè)處的內(nèi)部件和外部件，所述內(nèi)部件和 外部件通過中間部件彼此相連，與內(nèi)部件和外部件的軸向剛度相比， 該中間部件在軸向方向上相對柔性。
根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)的此實施例的優(yōu)點在于在軸向方向上相對柔 性的部件集中在該中間部件中。
實際上，外部件和內(nèi)部件優(yōu)選是相對剛性的，因為這些部件分別 用于將支承環(huán)連接到機架以及將軸承保持在支承環(huán)中。按照根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)的更優(yōu)選的實施例，內(nèi)部件、外部件和 中間部件或者它們中的一個部件是大致環(huán)形的。
優(yōu)選，中間部件分別通過內(nèi)梁和外梁連接到內(nèi)部件和外部件，所 述梁沿徑向方向定向。
另外，優(yōu)選內(nèi)梁中的任何一個都不沿與外梁中的任何一個相同的 徑向?qū)R，其中優(yōu)選每個內(nèi)梁相對于一個外梁沿直徑方向放置，并且
每個外梁相對于一個內(nèi)梁沿直徑方向放置。
根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)的此特定實施例具有多個優(yōu)點。
首先，梁及其特殊安置的使用提供了如根據(jù)本發(fā)明所需的軸向方 向上的必要柔性。
第二，相同的梁及其特殊安置還給予了徑向方向上的剛度，以便 保持組件集于中心。
最后，形狀適合于例如通過鑄造而制成為一個整體件，從而它容 易生產(chǎn)且不昂貴。


為了更好地顯示本發(fā)明的特征，在下文中，作為沒有任何限制特 性的示例，參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)的實施例的優(yōu)選形式， 其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)的透視圖； 圖2示出了由圖1中的F2指示的同一支承環(huán)的正視圖； 圖3示出了根據(jù)圖2中的線III-III的橫截面； 圖4以較大的比例示出了根據(jù)由圖2中的線IV-IV指示的切割線 的支承環(huán)的橫截面，其中支承環(huán)在機架中以及軸承在支承環(huán)中的安裝在虛線示出中；
圖5示意性示出了典型的風(fēng)輪機，其中集成了根據(jù)本發(fā)明的支承
環(huán)，用于支承行星架的軸承；以及
圖6以較大的比例示出了風(fēng)輪機的由圖5中的F6指示的部件的橫截面。
具體實施例方式
圖1到圖4中示出的支承環(huán)1作為一個整體件制成。
然而，可認為它具有三個部件位于支承環(huán)1的徑向內(nèi)側(cè)3處的 內(nèi)部件2、位于支承環(huán)1的徑向外側(cè)5處的外部件4以及中間部件6， 外部件4和內(nèi)部件2通過該中間部件6彼此相連。
內(nèi)部件2、中間部件6和外部件4都是大致環(huán)形的并且安裝在同 中心的位置。
在圖1到圖4中所示的實施例中，內(nèi)部件2以套管7的形式制成， 該套管7的輪廓形成在內(nèi)側(cè)上以便能夠接收待通過支承環(huán)1支承的軸 承或軸承部件。
中間部件6分別通過內(nèi)梁8和外梁9連接到內(nèi)部件2和外部件4。 所有這些梁8和9均沿徑向方向RR'定向。
然而，內(nèi)梁8中的任何一個都不沿與外梁9中的任何一個相同的 徑向R對齊。
實際上，在圖1到圖4中示出的實施例中，每個內(nèi)梁8相對于一 個外梁9沿直徑方向放設(shè)置，并且每個外梁9相對于一個內(nèi)梁8沿直 徑方向放置。內(nèi)部件2以及外部件4設(shè)有孔，分別是孔10和孔11。
圖4中圖示了如何能例如通過穿過孔11的螺栓13來將支承環(huán)安 裝到機架12。
以相同的方式，孔10能用于通過蓋板16來將軸承14，在此情形 中為圓柱形軸承14，或者如外軸承環(huán)15的軸承部件定位在套管7中， 該蓋板16利用螺栓17栓接到支承環(huán)1。
將通過圖5和圖6來進一步說明根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)1的特定優(yōu) 點和功能。
在這些圖5和圖6中，將支承環(huán)1應(yīng)用在風(fēng)輪機18中，以便支承 雙級行星齒輪單元的第二行星架39的軸承45，該雙級行星齒輪單元將 風(fēng)輪機18的轉(zhuǎn)子轂22連接到發(fā)電機27。
在圖5中示出了典型的風(fēng)輪機18，該風(fēng)輪機18由可旋轉(zhuǎn)地安裝 在靜支承結(jié)構(gòu)20上的短艙19構(gòu)成。以這種方式，風(fēng)輪機18能朝向風(fēng) 的方向。
轉(zhuǎn)子21安裝在短艙19中，轉(zhuǎn)子21包括轉(zhuǎn)子轂22，轉(zhuǎn)子葉片23 固定到該轉(zhuǎn)子轂22。轉(zhuǎn)子轂22連接到齒輪單元25的輸入軸24，而齒 輪單元25的輸出軸26連接到發(fā)電機27。
如在圖6中更詳細示出的，齒輪單元25具有兩個行星齒輪級28 和29。
因此第一行星齒輪級28的行星架30起輸入軸24的作用并且連接 到轉(zhuǎn)子轂22。因此，第一行星齒輪級28的行星架30剛性地連接到轉(zhuǎn)子轂22， 由此轉(zhuǎn)子轂22和行星架30的組合通過一對軸承32相對于機架31以 可旋轉(zhuǎn)的方式安裝。
此外，第一行星齒輪級28設(shè)有通過行星軸承34可旋轉(zhuǎn)地安裝在 行星軸35上的行星輪33，所述行星軸35剛性地連接到行星架30。
這些行星輪33 —方面與剛性連接到機架31的環(huán)形輪36相互作 用，而另一方面與安裝在第一行星齒輪級28的輸出軸38上的太陽輪 37相互作用。
因此轉(zhuǎn)子轂22的緩慢旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成輸出軸38處的較快旋轉(zhuǎn)。
第一行星齒輪級28的此輸出軸38又用作第二行星齒輪級29的輸 入軸38，由此輸入軸38驅(qū)動此第二行星齒輪級29的行星架39。
以與第一行星齒輪級28相似的方式，輸入軸38通過行星輪40、 固定連接到機架31的環(huán)形輪43和安裝在輸出軸26上的太陽輪44的 相互作用來驅(qū)動輸出軸26,所述行星輪40通過行星軸承42安裝在行 星架39上的行星軸41上。
明顯地，在第二行星齒輪級29的輸出軸26處獲得的旋轉(zhuǎn)速度比 在第一行星齒輪級28的輸出軸38處獲得的旋轉(zhuǎn)速度進一步增加。
以這種方式，輸出軸26足夠快速地旋轉(zhuǎn)以讓發(fā)電機27適當(dāng)?shù)匕l(fā) 揮作用。
第二行星齒輪級29的行星架39設(shè)有軸承45，該軸承45完全以 與圖4的示例中相似的方式安裝在根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)1中，該支承環(huán)l連接到機架31。
根據(jù)本發(fā)明，具有其內(nèi)梁8和外梁9的支承環(huán)1的中間部件6起 重要作用。
實際上，此中間部件6在軸向方向AA'上比內(nèi)部件2和外部件4 更柔性。
轉(zhuǎn)子轂22上的軸向載荷通過兩個行星齒輪級28和29傳遞到軸承 45并進一步通過支承環(huán)1傳遞到機架31。
由此，此軸向載荷將導(dǎo)致支承環(huán)1的中間部件6在軸向方向AA' 上的變形。
這意味著內(nèi)部件2和外部件4將經(jīng)歷相對于彼此的軸向位移。
在軸承的經(jīng)典安裝中這將不能實現(xiàn)，軸承45與非常剛硬的支座等 形成接觸。
因此，在軸承45的經(jīng)典安裝中，軸承45必須要承受的軸向方向 上的載荷更大。這也是為什么在此情形中軸承往往會失效。
通過使用支承環(huán)1而允許沿軸向方向AA'的特定位移的事實降低 了軸承45上的載荷。然而，在風(fēng)輪機18的設(shè)計期間，必須考慮此自 由度。
具有其內(nèi)梁8和外梁9的中間部件6的另一重要特征在于它在徑 向方向RR'上具有相對高的剛度。
這意味著徑向方向RR'上的載荷不會導(dǎo)致相當(dāng)大的變形，從而保
12持軸承45繞旋轉(zhuǎn)軸線AA'集于中心。
這是根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)1的另一優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將支承環(huán)1鑄造為一個整體件。
本發(fā)明的此實施例的優(yōu)點在于生產(chǎn)非常簡單。實際上， 一旦制造 了模具，就能非常快速、容易和較廉價地制造很多工件。
按照根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)1的又一更優(yōu)選的實施例，支承環(huán)1由 球墨鑄鐵也稱為球狀石墨鑄鐵制成。
典型的鑄鐵相當(dāng)脆。這是由鑄鐵中碳的高含量導(dǎo)致的。當(dāng)鑄件固 化時，此碳的一些沉淀為石墨片，該石墨片增加了裂縫的形成。
在球墨鑄鐵中，添加所謂的"球化劑"，如鎂或鈰。這些"球化劑" 導(dǎo)致碳沉淀為石墨球而不是石墨片，從而阻礙裂縫的形成并且金屬更 有韌性。
使用球墨鑄鐵的優(yōu)點在于獲得更堅固的整體件，該整體件具有良 好的韌性和耐磨性以及與其強度相比的相當(dāng)有限的重量。
為了更進一步增強支承環(huán)1的性能，根據(jù)本發(fā)明，還優(yōu)選使用奧 貝球鐵，也稱為ADI。
奧貝球鐵通過鑄造為正常的球墨鑄鐵而獲得，由此它隨后經(jīng)受等 溫淬火過程，該等溫淬火過程顯著地改進了它的機械性能，如抗拉強 度、屈服強度、疲勞強度、沖擊阻力、硬度等。
因此，首先使鑄造金屬快速達到大約900到95(TC的溫度。在此溫度下，獲得鐵和碳的穩(wěn)定固溶體，即所謂的Y相鐵或奧氏體。
然后在幾小時之后將該金屬突然冷卻(淬火)到220與45(TC之間的 溫度，此時開始等溫過程，在該等溫過程期間，消除材料內(nèi)的殘余應(yīng) 力并允許少許重結(jié)晶，從而在損失最小強度的情況下提高韌性。
按照根據(jù)本發(fā)明的支承環(huán)1的最優(yōu)選實施例，支承環(huán)1由具有最 小lOOOMPa抗拉強度的奧貝球鐵制成，根據(jù)FerrocastADI標準也稱為 F-ADI 1000或者根據(jù)歐洲標準DIN EN 15 64稱為EN-GJS-1000-5。
本發(fā)明決不限于上文所述和附圖中所示的實施例，而是在不偏離 本發(fā)明的范圍的情況下，這種用于安裝軸承或軸承部件的支承環(huán)1可 以不同的形狀和尺寸實現(xiàn)。
1權(quán)利要求
1. 一種用于在齒輪單元(25)中安裝軸承(14、45)或軸承部件(15)的支承環(huán)(1)，其特征在于所述支承環(huán)在徑向方向(RR′)上是相對剛性的，而在軸向方向(AA′)上是相對柔性的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的支承環(huán)(l)，其特征在于所述支承環(huán)(l) 包括分別位于所述支承環(huán)(1)的徑向內(nèi)側(cè)(3)處和徑向外側(cè)(5)處的內(nèi)部 件(2)和外部件(4)，所述內(nèi)部件(2)和所述外部件(4)通過中間部件(6)彼此 相連，與所述內(nèi)部件(2)和所述外部件(4)的軸向剛度相比，所述中間部 件(6)在所述軸向方向(AA')上是相對柔性的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的支承環(huán)(1)，其特征在于所述內(nèi)部件(2) 和所述外部件(4)、或者所述內(nèi)部件(2)和所述外部件(4)中的一個部件是 大致環(huán)形的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的支承環(huán)(1),其特征在于所述中間 部件(6)是大致環(huán)形的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2到4中的任一項所述的支承環(huán)(1)，其特征在于 所述中間部件(6)分別通過內(nèi)梁(8)和外梁(9)連接到所述內(nèi)部件(2)和所 述外部件(4)。 _
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的支承環(huán)(l)，其特征在于所述梁(8、 9) 沿徑向方向(RR')定向。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的支承環(huán)(1)，其特征在于所述內(nèi)梁 (8)中的任何一個都不沿與所述外梁(9)中的任何一個相同的徑向(RR') 對齊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的支承環(huán)(l)，其特征在于每個內(nèi)梁(8)相對于一個外梁(9)沿直徑方向放置，并且每個外梁(9)相對于一個內(nèi)梁 (8)沿直徑方向放置。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的支承環(huán)(l)，其特征在于-所述支承環(huán)(l)是一個整體件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的支承環(huán)(l)，其特征在于所述支承環(huán)(l)是鑄造的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的支承環(huán)(I)，其特征在于所述支承環(huán)(l)由球墨鑄鐵也稱為球狀石墨鑄鐵制成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的支承環(huán)(l)，其特征在于所述支承環(huán)(l)由奧貝球鐵也稱為ADI制成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的支承環(huán)(1)，其特征在于所述支承環(huán)(l)由具有最小1000Mpa的抗拉強度的奧貝球鐵制成，所述奧貝球鐵根 據(jù)Ferrocast ADI標準也稱為F-ADI 1000或者根據(jù)歐洲標準 DIN EN 15 64稱為EN-GJS-1000-5 。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的支承環(huán)(l)，其特征在于 所述支承環(huán)(1)應(yīng)用在風(fēng)輪機(18)的齒輪單元(25)中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的支承環(huán)(1)，其特征在于所述支承環(huán) (1)應(yīng)用于雙級行星齒輪單元的第二行星架(39)的軸承(45)的安裝，所述 雙級行星齒輪單元將所述風(fēng)輪機(18)的轉(zhuǎn)子轂(22)連接到發(fā)電機(27)。
16. 軸承，其特征在于所述軸承包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任 一項所述的支承環(huán)(l)。
全文摘要
一種用于在齒輪單元中安裝軸承或軸承部件的支承環(huán)，其特征在于該支承環(huán)在徑向方向上是相對剛性的，而在軸向方向上相對柔性。該支承環(huán)適于特別是在軸向方向上具有很高載荷的應(yīng)用，該支承環(huán)能成本有效地并在無須許多技術(shù)上的復(fù)雜操作的情況下生產(chǎn)。
文檔編號F16C35/00GK101482148SQ20091000261
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者巴拉尼亞諾·艾特克瑟巴里亞·哈維爾, 維姆·德肯德恩, 薩恩斯·德·烏加特·帕特里克 申請人:漢森傳動系統(tǒng)國際公司;加美薩創(chuàng)新科技有限公司